Управляемый тиристор: объяснение принципа работы, устройства и подключения

Способы и схемы управления тиристором или симистором

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Содержание статьи

Определение

Тиристор (тринистор) – это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый – значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор – двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора – он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Читайте также:  Фиалка: уход в домашних условиях

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени – достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках “zero crossing detector circuit” или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Что такое тиристор, как он работает, виды тиристоров и описание основных характеристик

Для управления электрическими схемами необходимы мощные элементы коммутации. Эти элементы должны отключать участки схем, включать их, производить переключения. Часто в качестве коммутационных устройств используют тиристоры.

Для чего нужен тиристор, его устройство и принцип работы

Тиристором называется полупроводниковый прибор, имеющий два состояния:

  • открытое (пропускает ток в одном направлении);
  • закрытое (не пропускает ток).

Состоит этот полупроводниковый прибор из 4 слоев (областей) полупроводника (в большинстве случаев – кремния) с различной проводимостью и имеет структуру p-n-p-n.

Такой тиристор называется динистором (диодный тиристор). Подобно диоду он имеет два вывода и отпирается напряжением определенного уровня, приложенным в прямом направлении к аноду и катоду.

Более распространен триодный тиристор – тринистор. Он имеет ту же структуру, но с дополнительным выводом – управляющим электродом (УЭ). Все операции с тринистором производятся посредством УЭ.

Также существуют тиристоры с двумя управляющими электродами, но они получили меньшее распространение.

Вольт-амперная характеристика

Принцип действия тиристора наглядно демонстрирует его ВАХ. Она, как и характеристика обычного диода, расположена в I и III квадрантах и состоит из положительной и отрицательной ветвей. Отрицательная ветвь также подобна диодной и содержит участок, при котором прибор заперт — от нуля до Uпробоя. При достижении порогового напряжения происходит лавинный пробой.

Положительная ветвь требует внимательного рассмотрения. Если приложить к тиристору прямое напряжение и начать его увеличивать, то ток будет расти медленно – сопротивление закрытого полупроводникового прибора высоко. Это красный участок графика. При достижении определенного уровня тиристор скачкообразно открывается, его сопротивление уменьшается, падение напряжения также уменьшается, ток растет – синий участок. Этот участок характеризуются отрицательным сопротивлением, но прибор ведет себя здесь неустойчиво, с выраженной тенденцией перехода в открытое состояние.

Читайте также:  Что собой представляет септик Топас (Топаз)

Далее тиристор выходит в режим обычного диода – зеленая ветвь графика. Так работает диодный тиристор, а способность открываться при достижении определенного уровня называется динисторным эффектом.

Этот свойство также присуще трехэлектродному тиристору, но он используется в таком режиме крайне редко. Более того, при разработке схем этой зоны ВАХ избегают. У тринистора есть управляющий электрод, и включение практически всегда производится с его помощью. Если подать на УЭ ток, то тиристор откроется раньше достижения порогового напряжения (красный пунктир на ВАХ). Чем больше ток, тем раньше отпирание. Если ток достигнет определенного уровня (Iуэ>0), то тиристор откроется при любом напряжении анод-катод и будет вести себя подобно обычному диоду, пока не создадутся условия для выключения.

Важно! Включить тринистор подачей тока на УЭ возможно только при приложенном прямом напряжении между катодом и анодом.

Выключить тиристор (диодный или триодный) сложнее. Для этого требуется, чтобы ток через прибор снизился до определенного уровня (почти до нуля). В цепях переменного тока тиристор может быть переведен в закрытое состояние после снятия управляющего воздействия естественным путем – при ближайшем переходе напряжения через ноль. На самом деле, запирание происходит раньше — когда при снижении напряжения ток снизится до порогового значения. Это зависит от величины нагрузки. В цепях постоянного тока приходится принимать более сложные решения. Например, запирать тиристор можно с помощью конденсатора, заряженного напряжением обратной полярности. При включении коммутационного устройства, он разряжается навстречу прямому току и компенсирует его до нуля.

Также существуют другие способы создания встречного тока, но их устройство еще сложнее. Например, использование колебательных контуров и т.п. Все это усложняет использование тринисторов и динисторов, поэтому относительно недавно были созданы управляемые тиристоры (их также называют двухоперационными). Их отличие в том, что отпирание и запирание осуществляется посредством воздействия на управляющий электрод. Это резко расширяет возможности применения данных полупроводниковых приборов.

Основные характеристики тиристоров

Так как тиристоры в открытом состоянии ведут себя подобно диодам, часть технических характеристик аналогична обычным приборам с p-n переходом:

  • максимально допустимый ток;
  • наибольшее прямое напряжение;
  • наибольшее обратное напряжение;
  • прямое падение напряжения;
  • максимальная рассеиваемая мощность.

Но имеются и специфические параметры:

  • время включения;
  • время выключения;
  • отпирающий ток управляющего электрода;
  • напряжение включения;
  • минимальный ток удержания;
  • наибольшее допустимое нарастание тока в открытом состоянии;
  • наибольшее допустимое нарастание напряжения в открытом состоянии.

Превышение двух последних параметром могут вызвать ложные срабатывания приборов. Также для тиристоров характерны и другие параметры, определяющие, например, частотные свойства устройства. Найти их можно в соответствующих справочниках.

Виды тиристоров, их отличия и схемы подключения

На основе двух рассмотренных типов производятся ещё несколько разновидностей тиристоров. Каждый из них имеет свою сферу использования.

Динисторы

Динистор включается в схему подобно обычному диоду последовательно с нагрузкой. Питание может быть постоянным или переменным.

В цепи переменного напряжения также работают симметричные динисторы (двунаправленные динисторы, диаки), представляющие собой два обычных прибора, включенных встречно. Они открываются от любой полуволны синусоидального напряжения. Вольт-амперная характеристика диака симметрична – обратная ветвь также расположена в III квадранте и зеркально повторяет прямую.

Тринисторы

Самый распространенный тип в данной категории полупроводниковых приборов. В профессиональной среде триодные тиристоры называют просто тиристорами, хотя принципиально это неверно. Включается в схему тринистор также подобно обычному диоду (в цепь постоянного или переменного напряжения). Отпирание происходит при подаче на УЭ положительного напряжения (совпадающего по знаку с напряжением анода при прямом включении). У двухоперационных приборов запирание осуществляется подачей на УЭ тока противоположного направления.

Симисторы

Наряду с симметричными динисторами, существуют и симметричные тринисторы (симисторы, триаки). Они представляют собой два тринистора с общим управлением, включенные встречно-параллельно и размещенные в одном корпусе. При необходимости триак можно заменить двумя отдельными приборами, подключив их по соответствующей схеме.

ВАХ симистора также симметрична относительно нуля.

Оптотиристоры

Существуют приборы, схожие по строению и принципу действия с обычными тиристорами, но отпирание которых происходит посредством света, падающего на открытую тиристорную структуру. Если в одном корпусе объединить такой ключ и светодиод, управляемый внешним источником сигнала, то получится устройство, называемое оптотиристором (тиристорным оптроном).

Оптотиристор имеет четыре вывода. Его силовой элемент включается последовательно с нагрузкой, на выводы светодиода подается управляющий сигнал.

Где применяются тиристоры

Каждый полупроводниковый прибор предназначен для решения определенных задач:

  1. Сфера применения динисторов невелика. Они используются в качестве формирователей импульсов для отпирания тринисторов посредством УЭ и в составе пускорегулирующей арматуры для люминесцентных ламп. Также этот прибор применяется в любительских разработках в схемах с нестандартным применением.
  2. Триодные тиристоры широко применяются в качестве электронных ключей для коммутации нагрузок, в схемах фазового регулирования напряжения. Раньше были широко распространены в инверторах (для преобразования постоянного напряжения в переменное), в частотных преобразователях (для регулировки частоты вращения асинхронных электродвигателей) и в схемах плавного пуска. Сейчас активно вытесняются из этой сферы мощными полевыми и IGBT-транзисторами.
  3. Симисторы применяются в качестве коммутационных элементов в цепях переменного тока. Ими удобно заменять обычные механические реле:
  • нет механических контактов;
  • повышенный ресурс;
  • уменьшенные габариты;
  • невысокая цена.
Читайте также:  Фотопечать на натяжных потолках – особенности процесса

К минусам такого применения можно отнести проблему с высоким выделением тепла под нагрузкой.

  1. Оптотиристоры используются в качестве коммутационных ключей в цепях переменного или постоянного тока в схемах, где нужна гальваническая развязка между управляющим сигналом и силовой цепью.

Тиристоры помогают решить задачи бесконтактной коммутации нагрузок или участков схем. Успех принесет умелое использование преимуществ электронных приборов и обход имеющихся недостатков.

Что такое симистор и как с его помощью управлять нагрузкой

Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Что такое полупроводниковый диод, виды диодов и график вольт-амперной характеристики

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Для чего нужен диммер, что это такое, схема подключения диммера и принцип его работы

Что такое контактор: назначение, принцип работы, виды, схемы подключения

Тиристор – принцип работы, параметры, схемы

Тиристор — это устройство, состоящее из полупроводника и имеющее, как правило, лишь два активных положения: “закрытое” и “открытое”. В первом случае монокристаллический полупроводник пребывает в состоянии наименьшей электропроводности, а во втором – в наибольшей.

Стоит отметить, что в двух этих устойчивых состояниях переходная фаза осуществляется при определенных обстоятельствах, но при этом процесс проходит довольно быстро.

По принципу работы прибор следует соотнести с электронным переключателем, однако между ними есть небольшие различия: тиристор может перемыкаться благодаря давлению, а выключаться лишь с помощью сброса наполнения и подачи тока. Таким образом, принцип действия полупроводникового датчика не является каким-то сложным процессом.

В большинстве своем, тиристор используется в качестве ключа или электронного выключателя, которые применяются в электрических механических системах.

Устройство тиристора

Фиксирование устойчивого состояния прибора возможно благодаря наличию ряду особенностей во внутреннем строении устройства. На представленной ниже схеме можно в этом убедиться:

На этой структуре становится очевидным тот факт, что тиристор представлен в виде 2-х простых электронных транзисторов, которые не похожи по своей структуре, однако связаны между собой. Кроме того, ключевую роль в составе полупроводникового электроприбора играют три следующих звена:

  • Катод;
  • Анод;
  • Электрод управления.

Из-за того, что тиристор имеет четыре последовательно-соединенных диода, его переходный слой имеет такую форму: (р) – (п) – (р) – (п). Этот факт объясняет пропускную способность I, который течет лишь в единственной направленности направлении: от плюса к минусу.

Говоря и описывая внешний вид тиристоров, надо сказать, что они производятся из разных корпусов, поэтому исключен вариант с простым отводом тепла, однако, из-за наличия массивного металлического корпуса, способны выдерживать большие токи.

Принцип работы тиристора

По принципу работы, как мы уже говорили ранее, устройство следует сравнить с электронным переключателем, ведь они оба способны пропускать ток лишь в одном направлении (к катоду от анода). При этом заметим — это будет возможно лишь в устойчивом «открытом» положении.

Перейдем теперь непосредственно к рассмотрению механизма действия тиристора. Начальное состояние прибора — «закрытое». Знаком или сигналом начала переходного процесса к «открытому» можно считать возникновение напряжения, появляющееся промеж положительного электрода и управляющего вывода. Провернуть обратное действие можно следующими методами:

  1. снизить давление;
  2. понизить степень тока.

В строениях с не постоянным током используется второй вариант. Но этому можно найти свое объяснение, ведь переменный ток в электросети представлен в синусоидоподобном виде, где величина его стремится к нулевому показателю и очень часто сбрасывается. Говоря о структурах с постоянным током, то чаще применяется первый вариант.

Раскрытое и замкнутое положение

Итак, как мы поняли, принцип действия нашего прибора различен. В строениях постоянного напряжения, уже после его кратковременного повышения, осуществляется переход из начального состояния в «открытое». Затем рассматривается два возможных варианта:

  • «Открытое» положение может держатся и после пропажи управления напряжения на анодном выходе. Это может стать возможным если “U”, которое подают на анодный управленческий вывод, будет больше, нежели ем отпирающее “U”. Заканчивается проход электротока через устройство, по большому счету, лишь отрывом электроцепи или отключением питательного источника (при этом оба данных процесса обязаны быть кратковременными). Зачем электрический ток (когда прошло восстановление сей цепи) перестает течь. Чтобы ток все же пустить, необходимо снова подать напряжение.
  • Устройство перейдет в «замкнутое» положение моментально же после уменьшения величин напряжений.
Читайте также:  Эффективные и простые подкорми гортензии весной для пышного и долгого цветения

Таким образом, в системах, где ток = constant, существует несколько способов эксплуатации нашего электроприбора:

  • При помощи удерживания «раскрытого» состояния;
  • Полностью противоположный первому вариант.

Стоит заметить — чаще всего используется способ под 1-м номером. Условия работы тиристора в конструкциях, где напряжение не равно константе, имеют отличия. Там возврат в начальное положение проходит в автоматическом порядке, то бишь вследствие уменьшения силового тока. В том случае, когда напряжения к плюсу и минусу, подносить часто, на выводе получится так, что произойдет образование P тока некоторой частоты. Вот таким образом и настроены системы импульсного питательного корпуса, который способен формализовать синусоиду в P.

Основные параметры тиристора

Пришла очередь разобраться в ключевых параметрах тиристора. Безусловно, о них важно сказать и их необходимо понять.

Начнем с отпирающего постоянного напряжения управления “Vy” – это есть минимальная постоянная величина напряжения на электроде управления. “Vy” вызывает некоторый переходный процесс тиристора из “закрытого” положения в “открытое”. Таким образом, именно наличие отпирающего постоянного напряжения объясняет открытие прибора и присутствия в электроцепи постоянного или переменного тока.

Вторым важным параметром является величина обратного напряжения “V обр max”. Именно этот элемент демонстрирует такое значение напряжения, которое Ну и последнее – “I ср” – средняя величина тока. “I ср” показывает, какое количество тока может протекать через полупроводниковое устройство.

Характеристики тиристоров

Выбор тиристоров по технико-механическим свойствам определяется зависимостью напряжений в электроцепи от требуемого электротока. Рассмотрим ключевые механические характеристики тиристоров:

  • Максимальная величина допустимого тока (данное значение показывает максимально-возможное значение она показывает максимально-возможное значение прибора в «открытом» положении);
  • Max величина допустимого диодного тока;
  • Прямое напряжение;
  • Противоположные показатели напряжения;
  • Напряжения выключения;
  • Наименьший размер тока на управляющем электрическом проводнике;
  • Максимальная допускаемая мощность.

Технические свойства тиристора

Теперь перейдем к техническим свойствам:

  1. Величина максимального обратного напряжения может достигать отметки в 100 Вольт в “открытом” состоянии;
  2. Значение напряжения в “закрытом” положении составляет 100 Вольт;
  3. Импульс открытого положения доходит до 30-ти Ампер, а вот повторяющийся – до 10-ти;
  4. Среднее значение напряжение 1,00-1,50 Вольт;
  5. Средняя величина тока не устанавливается;
  6. Временной отрезок включения и отключения прибора сильно отличаются: 10 микросекунд и 100.

Виды тиристоров

Есть несколько образов тиристоров, которые можно классифицировать следующими методами:

  • по режимам контроля;
  • согласно электропроводности;
  • в соответствии с порядком работы;
  • по форме управления.

Итак, начнем с классификации тиристоров по режимам контроля. Следует сказать о том, что полупроводниковый инструмент обладает двумя выходными путями, различающиеся в своих открытиях.

Если один открывается вводом напряжения на анодный блок, то другой — на катодный. Однако, есть некоторое замечание: подают не только напряжение, но и импульс. Если импульс связывают с управляющим выходом и катодом, то устройство будет иметь такое название: “Тиристор с катодным управлением”. В противном случае – с анодным.

По электропроводности

Перейдем к другой классификации устройства. Как было сказано ранее – тиристоры (единичные) проводят ток лишь в одном направлении, то есть обратного провода не существует (это первый вид электропроводности). Однако, следует оговориться, ведь мы знаем, что наш прибор работает благодаря подачи напряжения в роли ключа (переключателя), а если использовать двойной элемент, то бишь симметричный тиристор, тогда устройство сможет проводить ток сразу в двух направлениях (это есть обратная электропроводность – 2-й вид).

По режиму работы

Наконец, перейдем к рассмотрению последнего вида классификации. Выделяют три главных, которые чаще всего используется в современных, более усовершенствованных, полупроводниковых элементах:

Также есть возможность рассказать о следующих подвидах тиристора: Запирающиеся и не запирающиеся (в первом случае: «+» прикреплен к отрицательно заряженному электроду, а «-» приложен к положительно заряженному; во 2-ом случае – противоположное положение дел); Быстродейственные (способны за короткий временной отрезок, без потери коэффициента полезного действия, перейти из “закрытого” состояния в “открытое”); Электроимпульсные (с минимальными потерями проводят переходный процесс фаз).

Регулятор тиристора

Важным элементом в системе тиристора является регулятор мощности. Именно его схему мы и рассмотрим:

Данная структура выглядит достаточно просто. Наш диммер (в вышепредставленной конструкции) питается и работает благодаря наличию переменного тока в электросети, напряжение которой составляет 220 Вольт.

Перейдем к составу, регулятор мощности в данном случае включает в себя:

  1. Диод полупроводника “vd1”;
  2. Резистор “r1” переменного назначения;
  3. Резистор “r2” постоянного назначения;
  4. Емкость малой проводимости “c1”;
  5. Переключающий прибор Тиристор “vs1”.

Все величины, которые рекомендуется использовать для номинальной схемы, представлены на картинке. Кроме того, надо сказать, что в роли “vd1” (диода) можно применить либо элемент “KД-209”, либо “КУ-103В”, мощность которых больше 2-х Ватт, а напряжение не меньше 50-ти Вольт.

Данная структура управляет только одним полупериодом в сетевом процессе. В том случае, если исключить отсюда 4 элемента, кроме полупроводникового диода, тогда он сможет пропустить лишь половину волны с переменным током, а нагрузка, например, на устройства паяльника или лампы накаливания придет только около пятидесяти процентов всей силы выхода.

Читайте также:  Травление металла в домашних условиях

Способности тиристора

Тиристор способен пропустить условные, говоря простым языком, дополнительные блоки половинчатого периода, которые срезаны “vd1” элементом. Если происходит изменение местоположения резистора “r1” переменного назначения, то работа эффективности электрической системы тоже изменится (в большую или меньшую сторону, в зависимости от напряжения).

К электро-положительному выходу на конденсаторе подключен выводная управляющая трубка прибора. В том случае, когда происходит увеличение напряжения на конденсаторе, то есть величина его доходит определенного уровня, тогда он и начинает пропускать половинчатую часть “+”-го периода.

Резистор переменного назначения сможет определить скоростную способность зарядки устройства. Таким образом, чем раньше зарядка достигнет максимального значения, тем быстрее произойдет открытие тиристора и ему удастся пустить половину полупериода в полярной части.

Стоит сказать и о пассивном электронном компоненте, на который не попадает часть отрицательной полуволны, однако, это не опасно, ведь конденсатор имеет полярное свойство, что позволяет регулировать напряжение на концах элемента.

Итак, наша структура показывает следующее: диммер способен изменить значение мощности в диапазоне 50-ти и 100-та процентов (что является абсолютной нормой для “среднестатистического паяльника”).

Виды регуляторов мощности

Теперь предлагаю вам рассмотреть все виды регуляторов мощности, их достаточно много, но небольшие знания о них не помешают точно никому:

  • Диммер. Тот самый инструмент , про который шла речь в нашей структуре. Чаще всего его используют в качестве управляющего элемента мощностной нагрузки, при этом, в цепь подключается последовательно. Если мы говорим о статистике, то диммер применяется ради поправки световой яркости в различных типах ламп;
  • Автоматический регулятор мощности. Представляет из себя электронную структуру, которая позволяет изменить показания подводимой мощности (это происходит благодаря удержанию процесса включения прибора в работу на половинчатом периоде с переменным током);
  • Регулятор “Симосторной” мощности. Аналог автоматического регулятора, также используется в электроцепях с переменным током (применяется для мгновенных изменений различных параметров цепи);
  • Авто-электронный регулятор мощности. Это система, предназначенная для регулирования мощности хода и для управленческого процесса в оборотах электродвигателей;
  • “Дуговой” диммер мощности. Это элемент, имеющий ту конструкцию, которая способна обеспечить поддержку на постоянной основе определенному значению дугового горения.

Применение тиристоров

Итак, как вам стало известно ранее, основным назначением тиристоров является их способность управлять мощностью нагрузки.

Кроме того, они имеют ряд других достоинств, а именно: быть “выпрямителем”, иметь два номинально-устойчивых положения, служить в качестве усилителя тока. Именно из-за вышеназванных качественных особенностей, полупроводниковый прибор нашел достаточно широкое применение.

Тиристор используют в роли включателя/выключателя/переключателя в электрических коммутационных устройствах, ведь он способен замыкать и размыкать электроцепь.

Также его активно задействуют как аппарат преобразования (так как тиристор способен генерировать постоянный ток в переменный) в солнечных батареях, в системах бесперебойного питания и в других областях, связанных с электроснабжениях.

Следует сказать и о возможностях тиристора в электронном зажигании, ведь устройство эксплуатируют в двигателях внутреннего сгорания, трамблерах и аккумуляторах для работы стартера.

Если говорить про быт, то надо напомнить, что полупроводниковое устройство применяется в сварке или машиностроении в качестве все того же инвертора.

Где купить тиристор?

Очевидно, что тиристор является достаточно эффективным электрическим аппаратом, который востребован в нынешнее время. Вы спросите: “А где его приобрести?”.

Я, конечно же, посоветую вам Aliexpress. Очень крутой интернет-магазин, выручающий практически всегда. Там не только все легко и понятно, а главное дешево и разнообразно (в плане выбора товара). Что касается тиристоров, то на Aliexpress их огромное количество видов типов, есть и аналоги. В общем, пользуйтесь и приобретайте!

Тиристор в подробностях. Структура. Свойства. Схемы.

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).
Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий электрод, можно сказать, «спусковой крючок» — используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:

• тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;
• тиристор переводится из выключенного состояния во включенное состояние при подаче сигнала на управляющий электрод. Следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем не менее, для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить специальные условия;
• управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;
• средний ток через нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно точно регулировать в зависимости от длительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом является регулятором мощности.
Структура тиристора

Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся четырех кремниевых слоев типа р и п. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рисунке.

Читайте также:  Что стелить на пол на кухне: как выровнять, чем покрыть в квартире, что положить и чем застелить, фото и видео

Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято называть анодом, а крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника, — катодом.

Свойства тиристора в закрытом состоянии
В соответствии со структурой тиристора можно выделить три электронно-дырочных перехода и заменить тиристор эквивалентной схемой, как показано на рисунке.
Эта эквивалентная схема позволяет понять поведение тиристора с отключенным управляющим электродом.
Если анод положителен по отношению к катоду, то диод D2 закрыт, что приводит к закрытию тиристора, смещенного в этом случае в прямом направлении. При другой полярности диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении, и тиристор также закрыт.
Требования к схемам управления

Основное назначение устройств и схем управления — создание управляющего сигнала, необходимого для надежного отпирания тиристоров. Возможны три способа управления тиристорами:

— с помощью сигнала управления;
— превышением напряжения переключения;
— быстро нарастающим напряжением du/dt

Второй и третий способы применяются в основном для включения динисторов.

Отпирание тиристоров с помощью сигнала управления может осуществляться от источника постоянного, переменного и импульсного токов. Использование источников постоянного и импульсного токов характерно для управления триодными и запираемыми тиристорами (теперь большая редкость), причем управление запираемыми тиристорами имеет ряд особенностей, связанных с возможностью включения и выключения прибора с помощью управляющего электрода импульсами различной полярности. Симметричный тиристор (симистор) по своему назначению является переключателем переменного тока, поэтому для управления им часто используют источники переменного напряжения.

Требования, предъявляемые к схемам управления, вытекают из физических и конструктивных особенностей самих приборов, поэтому параметры входной цепи удобно рассмотреть с помощью диаграммы управления, приведенной на рисунке

В поле, ограниченном кривыми ОА и ОВ, можно различить три области. В области 1 тиристор не включается. В области 2 включение тиристоров не гарантируется. Границы этой, области ограничены параметрами цепи управления: током спрямления I спр и напряжением спрямления U спр . Заштрихованная область 3 определяет рабочее состояние тиристора. Сверху область 3 ограничена кривой максимально допустимой входной мощности Р GT .макс (кривая 1 ). В зависимости от изменения температуры окружающей среды границы заштрихованной области могут перемещаться влево и вниз.

Для надежного включения тиристора источник управляющего сигнала должен быть рассчитан на ток и напряжение, которые должны лежать в заштрихованной области, не превосходя при этом значений, указанных в технических условиях.

Тиристор принцип работы

Что такое тиристор, как работает, типы, применения

Тиристор представляет собой однонаправленное полупроводниковое твердотельное устройство с четырьмя слоями чередующегося материала P и N-типа.

Он состоит из трех электродов: анода, катода и затвора.

Анод — это положительный конец, а катод — это отрицательный конец.

Вход контролируют поток тока между анодом и катодом.

Он используется в электронных устройствах и оборудовании для контроля электроэнергии или тока. Он действует как выпрямитель и может передавать ток только в одном направлении.

Как работает тиристор

Тиристор действует как диод.

Он состоит из двух слоев полупроводников, а именно p-типа и n-типа, расположенных между собой для образования соединения.

Анод соединен с внешним p-слоем, катод с внешним n-слоем и затвором с внутренним p-слоем.

Он имеет 3 соединения, а именно J1, J2, J3.

Когда анод имеет положительный потенциал относительно катода, на затвор не подается напряжение. Соединения J1, J3 смещены в прямом направлении, а J2 — в обратном. Так что никакой проводимости здесь не происходит.

Теперь, когда положительный потенциал увеличивается за пределами напряжения пробоя, происходит пробой соединения J2, и он начинает проводить ток. Как только происходит пробой, он продолжает проводить независимо от напряжения на затворе, пока потенциал на аноде не будет удален или ток через устройство не станет меньше, чем ток удержания.

Когда положительный потенциал приложен к клемме затвора по отношению к катоду, происходит пробой соединения J2. Чтобы быстро включить тиристор, необходимо выбрать соответствующее значение потенциала.

Вход действует как управляющий электрод. Когда небольшое напряжение, известное как импульс затвора, подается на его затвор, устройство переключается в состояние проводимости. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится или не будет снято.

Ток запуска затвора изменяется обратно пропорционально напряжению затвора, и для его запуска требуется минимальный заряд затвора. Таким образом, переключением тиристоров можно управлять через его импульс затвора.

Читайте также:  Теплица из профиля для гипсокартона своими руками

Двухтранзисторная аналогия тиристора

Ток коллектора от NPN-транзистора подается непосредственно на базу PNP-транзистора, а ток коллектора PNP-транзистора подается на базу NPN-транзистора. Эти соединенные транзисторы полагаются друг на друга для проводимости.

Таким образом, для проведения одного из транзисторов требуется базовый ток. Когда анодный вывод тиристора является отрицательным по отношению к катоду, NP-переход становится смещенным вперед, а PN-переход становится обратным смещением.

Два транзисторных аналога тиристора

Здесь поток обратного тока блокируется до тех пор, пока не будет приложено напряжение пробоя. После пробивного напряжения оно начинает проводить без подачи сигнала затвора. Это одна из отрицательных характеристик тиристоров, так как она запускает проводимость при обратном разрыве напряжения.

Когда анодный вывод сделан положительным по отношению к катоду, внешние переходы смещены в прямом направлении, а центральный переход NP смещен в обратном направлении и блокирует прямой ток. Таким образом, чтобы вызвать его в проводимости, положительный ток прикладывается к базе транзисторов.

Два транзистора соединены в регенеративном контуре, и это заставляет транзистор проводить насыщение. Таким образом, можно сказать, что тиристоры блокируют ток как в направлении источника переменного тока в выключенном состоянии, так и могут включаться путем приложения положительного тока к базе транзистора.

Режимы работы тиристора

Тиристор имеет три режима работы:

  • Блокировка вперед
  • Обратная блокировка
  • Прямая проводимость
Блокировка вперед

В этом состоянии или режиме прямая проводимость тока блокируется. Верхний диод и нижний диод смещены в прямом направлении, а соединение в центре — в обратном направлении. Таким образом, тиристор не включается, поскольку затвор не срабатывает, и через него не протекает ток.

Обратная блокировка

В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и через него по-прежнему не протекает ток. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и он блокирует в обратном направлении, поэтому поток тока блокируется.

Прямая проводимость

При подаче тока на затвор срабатывает тиристор, и он начинает проводить ток. Он остается включенным до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, и этого можно достичь, отключив цепь.

Применение тиристора

Тиристор используется в различных применениях, таких как:

  • В основном используется в двигателях с переменной скоростью.
  • Используется для управления электроприводом высокой мощности.
  • Используется в основном в двигателях переменного тока, светильниках, сварочных аппаратах и ​​т. Д.
  • Используется в ограничителе тока короткого замыкания и выключателе.
  • Быстрая скорость переключения и низкая проводимость возможны в тиристоре ETO.
  • Используется в качестве диммеров на телевидении, в кинотеатрах.
  • Используется в фотографии для вспышек.
  • Может использоваться в охранной сигнализации.
  • Используется в регулировании скорости вращения электрического вентилятора.
  • Используется в автомобильных зажиганиях.

Режим обратного запирания

Рассказывая о принципе работы триодного тиристора, нельзя не отметить, что оно может работать в разных режимах. При обратном запирании непосредственно к аноду полупроводника приложено отрицательное напряжение по отношению к катодному контакту. Переходы при таком варианте смещены в противоположном направлении.

Существуют факторы, ограничивающие применение подобного режима. Первый из них – это лавинный пробой, а второй – прокол обедненной области. Это объясняется тем, что существенная часть напряжения снижается на одном из переходов. Возникает их смыкание или происходит пробой.

Режим прямого запирания

Принцип работы тиристора в режиме прямого запирания предполагает обратное смещение одного из переходов. Противоположные слои сдвинуты в прямом направлении. Основная часть приложенного напряжения снижается на единичном переходе. Через остальные слои в соприкасающиеся области инжектируются носители, позволяющие уменьшить сопротивление на проводящем элементе. Происходит увеличение проходящего тока. Падение напряжения уменьшается.

Увеличение прямого напряжения приводит к медленному росту электрического тока. В таком режиме полупроводник считается запертым, что связано с повышенным сопротивлением единичного перехода. При некотором показателе напряжения процесс начинает приобретать лавинообразный характер. Прибор переходит во включенное состояние, в нем устанавливается электрический ток, который зависит от источника и сопротивления цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения устройства и принципа работы тиристора в режиме прямого запирания применяется двухтранзисторная модель. Данный полупроводниковый прибор можно рассматривать как два совмещенных транзистора с противоположными выводами. Переход в центре используется в качестве коллектора дырок и электронов, которые инжектируются определенными переходами.

Соотношения не изменяются при протекании токов в противоположном направлении. При повышении коэффициента в замкнутой петле происходит лавинообразный процесс, подразумевающий увеличение тока непосредственно через структуру. Электрический ток ограничен лишь сопротивлением наружной цепи.

Трансформаторная подстанция: назначение, классификация, технические параметры, структура условного обозначения

Трансформаторная подстанция (ТП) — это электрическая подстанция, предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения с помощью трансформаторов (определение согласно ГОСТ 24291-90). В народе данный правильный термин часто некорректно подменяют жаргоном «трансформаторная будка».

Читайте также:  Формы для бетонных изделий из эластомера, пластика

Отдельно выделяют комплектные трансформаторные подстанции, которые соответствуют ГОСТ 14695-97 или ГОСТ 14695-80 и о которых дальше и пойдет речь в статье. Другими словами, в статье вы найдете информацию именно о комплектных трансформаторных подстанциях негерметизированных в металлических оболочках общего назначения на напряжение до 10 кВ, которые предназначены для приема, преобразования и распределения электроэнергии трехфазного переменного тока частоты 50 и 60 Гц, изготавливаемые для различных отраслей народного хозяйства и для экспорта.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) — электрическая подстанция, состоящая из шкафов или блоков со встроенным в них трансформатором и другим оборудованием распределительного устройства, поставляемая в собранном или подготовленном для сборки виде (определение согласно ГОСТ 24291-90).

Рис. 1. Пример трансформаторной подстанции

Назначение

Если говорить простым и весьма упрощенным языком, то трансформаторные подстанции служат для приёма, преобразования и распределения электрической энергии. Любая электрическая подстанция имеет силовой трансформатор, служащий для преобразования напряжения, распределительные устройства и устройства автоматического управления и защиты.

Принимая высоковольтное напряжение сети 6-10 кВ, понижающая ТП преобразует его и передает потребителям — то есть нам. Приём и преобразование напряжения обеспечивает силовой трансформатор, с выхода которого к потребителю уходит трёхфазное переменное напряжение 0,4 кВ. Для питания домашнего однофазного электрооборудования используется один из трёх фазных проводников L1; L2; L3, а также нейтральный проводник N.

КТП часто используют как источники питания в системах распределения электроэнергии (см. рисунок 2 ниже). На рисунке 2 показана система распределения энергии, соответствующая типу заземления системы TN-C-S. В качестве источника питания (ПС) используется трансформаторная подстанция.

Рис. 2. Система распределения электроэнергии (TN-C-S) (1 — заземляющее устройство источника питания;
2- заземляющее устройство электроустановки здания;)

Классификация

Классификация исполнений КТП должна соответствовать указанной в таблице 1 и предусматриваться в технических условиях на конкретные типы КТП.

Признак классификации КТП Исполнение
По виду силового трансформатора С масляным трансформатором; с герметичным масляным трансформатором;
с трансформатором, заполненным негорючим жидким диэлектриком; с сухим трансформатором.
По способу выполнения нейтрали обмотки трансформатора на стороне низшего напряжения (НН) С глухозаземленной нейтралью;
с изолированной нейтралью.
По взаимному расположению частей КТП Однорядное, двухрядное.
По числу применяемых силовых трансформаторов С одним трансформатором;
с двумя и более трансформаторами.
По выполнению вводов в УВН 1 Кабельный, шинный, воздушный
По выполнению выводов из РУНН 2 Шинный, воздушный, кабельный (верхнее или нижнее расположение)
По виду климатического исполнения У1; ХЛ1; УХЛ1; Т1; У3; Т3 по ГОСТ 15150, ГОСТ 15543.1 и в сочетании категорий размещения для исполнений У и Т (смешанная установка):
1 – для УВН, шинопровода и силового трансформатора;
3 – для РУНН.
По степени защиты оболочки По ГОСТ 14254
По способу установки автоматических выключателей С выдвижными выключателями;
со стационарными выключателями.
По наличию коридора (тамбура) обслуживания в УБН и РУНН категории размещения 1 Без коридора (тамбура) обслуживания;
с коридором (тамбуром) обслуживания.

Примечания к таблице 1 (согласно [2]):

  • 1)Устройство со стороны высшего напряжения (УВН): Негерметизированное устройство в металлической оболочке (или без оболочки для некоторых типов мачтовых КТП) со встроенными в него аппаратами для коммутации, управления и защиты (или без них – глухой ввод), служащее для приема электроэнергии и передачи ее по цепям, обусловленным схемой коммутации на стороне высшего напряжения трансформатора.
  • 2) Распределительное устройство со стороны низшего напряжения (РУНН): Устройство в металлической оболочке, служащее для распределения электроэнергии и состоящее из одного или нескольких шкафов со встроенными в них аппаратами для коммутации, управления, измерения и защиты.

Основные технические параметры

Основные параметры КТП должны соответствовать указанным в таблице 2.

Наименование параметра Значение
Мощность силового трансформатора, кВ·А 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500
Номинальное напряжение на стороне высшего напряжения (ВН), кВ 6; 10
Наибольшее рабочее напряжение на стороне ВН, кВ 7,2; 12
Номинальное линейное напряжение на стороне НН, кВ 0,23; 0,4; 0,69
Номинальный ток сборных шин на стороне ВН, А 6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250
Номинальный ток сборных шин на стороне НН, А 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000
Ток термической стойкости в течение 3 с на стороне ВН, кА 4; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40
Ток электродинамической стойкости на стороне ВН, кА 10; 16; 21; 26; 32; 41; 51; 64; 81; 102
Уровень изоляции по ГОСТ 1516.1 Нормальная изоляция;
облегченная изоляция.
Частота, Гц 50; 60

Примечания к таблице 2 (согласно [2]):

  • 1) По заказу потребителя допускается исполнение КТП со временем протекания тока термической стойкости со стороны ВН 1 с.
  • 2) При частоте 60 Гц параметры КТП уточняются в технических условиях на конкретные типы КТП.
  • 3) По заказу потребителя допускаются исполнения КТП с другими значениями номинального напряжения на стороне НН, значения этого напряжения и параметры КТП должны уточняться в технических условиях на конкретные типы КТП.
  • 4) Значения токов термической и электродинамической стойкости на стороне НН должны указываться в технических условиях на конкретные типы КТП.
Читайте также:  Увлажнитель воздуха - польза или вред? Обзор увлажнителей воздуха

Номинальные токи вводов ВН и НН, а также сборных шин НН КТП, должны быть не менее номинальных токов силового трансформатора.

Сечение нейтральной шины в РУНН должно соответствовать 50 % номинального тока силового трансформатора. По заказу потребителя допускается применять нейтральные шины, соответствующие 70 % номинального тока.

В шкафах РУНН групповые ответвления от сборных шин к нескольким коммутационным аппаратам главной цепи должны выдерживать длительную нагрузку, равную сумме номинальных токов подключенных аппаратов, но не более номинального тока трансформатора. В технически обоснованных случаях допускается указанную нагрузку уменьшать до 70 % номинального тока.

Стойкость к токам короткого замыкания сборных шин РУНН и ответвлений от них в пределах КТП должна соответствовать стойкости к току короткого замыкания вводов со стороны НН трансформатора. Продолжительность тока термической стойкости – 1 с.

При установке на вводе НН КТП автоматического выключателя сборные шины и ответвления от них должны соответствовать термической и динамической стойкости выключателя, но не более стойкости к току короткого замыкания вводов со стороны НН силового трансформатора. Продолжительность действия тока термической стойкости должна быть равна времени верхнего значения срабатывания в зоне токов короткого замыкания выключателя.

Структура условного обозначения КТП

Пример условного обозначения типа КТП мощностью 400 кВ·А, класса напряжения 10 кВ, на номинальное напряжение на стороне НН 0,4 кВ, климатического исполнения ХЛ, категории размещения 1:

КТП-400/10/0,4 – ХЛ1

То же, двух трансформаторной КТП мощностью 1600 кВ·А, класса напряжения 6 кВ, на номинальное напряжение на стороне НН 0,69 кВ, климатического исполнения У, категории размещения 3:

2КТП-1600/6/0,69 – У3

То же, КТП мощностью 1000 кВ·А, класса напряжения 10 кВ, на номинальное напряжение на стороне НН 0,4 кВ, климатического исполнения У, категории размещения для вводного устройства со стороны высшего напряжения, шинопровода и трансформатора – 1, а распределительного устройства со стороны низшего напряжения – 3:

КТП-1000/10/0,4 – У1 (РУНН – У3)

В технических условиях на конкретные типы КТП допускается применять дополнительные буквенные обозначения после обозначения КТП, поясняющие тип или назначение КТП.

Схема и конструкция трансформаторной подстанции

Электрические сети сегодня, как паутина, опутывают все населенные пункты. По ним в дома и на предприятия поступает энергия, необходимая для работы различного оборудования, освещения, функционирования систем климат-контроля и другой техники. Однако, современные приборы весьма чувствительны к скачкам напряжения и если в вашей сети такие ситуации случаются часто, то приходится искать способы их устранения. Для этого используется специальное оборудование, которое входит в устройство подстанции трансформаторной. Применяется оно для городских районов, хозяйственных объектов и других потребителей.

  1. Сфера применения
  2. Виды подстанций и их особенности
  3. Конструкция и схема электростанции
  4. Как рассчитать мощность
  5. Рекомендации специалистов

Область их применения

В современном обществе ни одна отрасль промышленности и народного хозяйства не обходится без электричества. Оно необходимо для создания комфортных условий для жителей городов и сел, работы различного рода оборудования и техники. Но для того, чтобы обеспечить электроэнергией районы, удаленные от основных сетей, используют трансформаторные подстанции.

Область применения таких установок включает в себя самые различные объекты:

  • Сельскохозяйственные комплексы;
  • Предприятия;
  • Строительные площадки;
  • Железнодорожные;
  • Метрополитен;
  • Шахты;
  • Дачные поселки.

Виды подстанций и их особенности

Электрификация населенных пунктов и объектов, находящихся далеко от них является обязательным условием их функционирования. Но поскольку в электросетях очень часто случаются скачки напряжения, то подключенное к ним оборудование может выйти из строя. Избежать этого помогают трансформаторные подстанции – это здание или сооружение внутри которых размещается оборудование. Электроустановки, основным назначением которых является преобразование и распределение энергии между потребителями.

В состав таких подстанций включены следующие элементы:

  • Силовые трансформаторы;
  • Устройства управления и распределения напряжения;
  • Вспомогательные детали и конструкции.

Классификация электроустановок осуществляется с учетом производимой ими работы. Они делятся на два класса:

  1. Повышающие;
  2. Понижающие.

Первые служат для повышения входного напряжения. Трансформатор такой подстанции имеет первичную обмотку с меньшим количеством витков, чем у вторичной.

Понижающие подстанции используются в случае необходимости уменьшения входного напряжения. В них используются трансформаторы, у которых количество витков первичной обмотки больше, чем у вторичной.

Смотрим видео, устройство и описание характеристики комплексной подстанции:

Кроме функционального назначения подстанции отличаются и по способу изготовления. Они могут поставляться в виде отдельных блоков, которые затем собираются в единое целое на месте установки. Каждый элемент такой конструкции является полностью подготовленным к сборке. Исходя из этого параметра, трансформаторная подстанция может относиться к движимому или недвижимому имуществу.

Читайте также:  Фотопечать на натяжных потолках – особенности процесса

Также производятся и комплексные установки. Этот тип оборудования представляет собой металлическую или бетонную конструкцию, внутри которой расположены рабочие узлы. Такие модели поставляются в собранном виде и находят самое широкое применение во всех сферах жизни и деятельности человека. Срок эксплуатации трансформаторной подстанции составляет около 25 лет.

Комплексные электроустановки могут отличаться по следующим критериям:

  1. Типу конструкции;
  2. Количеству трансформаторов;
  3. Способу ввода и вывода;
  4. Подсоединению к сети;
  5. Месту установки.

В зависимости от первого параметра подстанции бывают мачтовыми, которые устанавливаются на специальных опорах, а также подземными и выполненными в виде шкафов или киосков. В них может находиться один или два трансформатора.

Подключение трансформаторных подстанций осуществляется различными способами:

  • Проходным;
  • Узловым;
  • Ответвительным;
  • Тупиковым.

При этом ввод-вывод может быть воздушным или кабельным. В зависимости от места установки комплексные подстанции подразделяются на:

  • Внутренние;
  • Наружные;
  • Смешанные.

В первых применяются трансформаторы, имеющие масляное охлаждение.

Конструктивные особенности оборудования

Для того, чтобы правильно выбрать электроустановку необходимо четко представлять ее устройство и принцип работы. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния происходит повышение-понижение напряжения, вызванное необходимостью снижения тепловых потерь в линии. Но для потребителя такие значения являются неприемлемыми, поэтому приходится использовать трансформаторные подстанции, которые повышают или понижают напряжение до потребляемого в 380 или 220 В.

В такие установки входят несколько объектов:

  • Силовые трансформаторы;
  • Распределительное устройство РУ;
  • Автоматическая защита и управление;
  • Вспомогательные конструкции.

Производится все оборудование на заводах и доставляется в место назначения в собранном или блочном виде.

В качестве защитных устройств в конструкцию подстанции включены разрядники. Они воздействуют на отключение оборудования и снижение нагрузки. Все элементы собраны в единую установку.

Схема трансформаторной установки

Решения по этому вопросу обычно принимаются с учетом системы электроснабжения объекта и перспектив его развития. Разрабатывая схему трансформаторной подстанции, производитель стремиться сделать ее максимально проще, чтобы количество коммутационных аппаратов было минимально возможным. Для этого применяются устройства автоматики.

Основными положениями для энергоустановок всех напряжений можно считать:

  • Использование шин одной системы;
  • Применение блочных схем;
  • Установка автоматических систем и телемеханики.

В подстанциях, где установлена пара трансформаторов, предусматривается раздельная их работа, что позволяет снизить токи КЗ. Кроме того, у них упрощенная коммутация и эффективная релейная защита на вводах.

Устройства с длительной параллельной работой используются редко. Но все же иногда такой подход является целесообразным. При таком решении понижающие трансформаторы работаю параллельно и при нарушении одной цепи выключатель автоматически отключается.

Но в большинстве случаев все же рекомендуется использовать раздельную работу. Разрабатывая такие схемы подстанций необходимо выбирать коммутационные аппараты с учетом назначения установки и ее мощности. Причем последний из перечисленных параметров должен соответствовать потребностям пользователей.

Выбор мощности

При проектировании электроустановки необходимо подобрать оборудование под расчетную нагрузку. При этом для выбора мощности прибора могут использоваться различные методики. А кроме того, следует опираться на нормативную документацию.

Обычно в подстанциях используются масляные трансформаторы и их количество зависит от категории объекта. Обычно для 1 и 2-ой используют двухтрансформаторные подстанции, а для 3-ей – установки с одним.

Мощность прибора обычно выбирается с учетом его перегрузочной способности в режиме аварии. Для этого сравнивается полная мощность подстанции с допустимой для различных видов потребителей нагрузкой. Расчеты выполняются по специальным формулам. В них используются значения дневной и вечерней нагрузок, а также коэффициент одновременности, зависящий от числа потребителей.

Например, для небольшого населенного пункта можно ограничиться подстанцией с трансформаторами мощностью до 63 кВА. Но только в случае, если в них преобладает коммунально-бытовая нагрузка. В противном случае потребуется более мощная электроустановка.

Особенности и сроки эксплуатации

Выбор любой системы электроснабжения должен выполняться в соответствии с планируемыми нагрузками. И в этом случае многие предпочитают перестраховаться, чем выбрать установку впритык.

В действительности возможны ситуации, в которых даже самая экономичная подстанция будет загружаться только частично. Это связано со спецификой изготовления оборудования. Так как трансформаторные электроустановки производятся с учетом неблагоприятных условий эксплуатации.

Например, большинство подстанций рассчитаны на работу при температуре от +40 до -40°C, но такие показатели являются довольно редкими для средней полосы. Да и аварии случаются в электросетях не столь часто. Поэтому срок службы даже самой маломощной трансформаторной подстанции составляет 25 лет, как заявляет производитель, даже если ей иногда придется работать в критических условиях.

Но чтобы оборудование использовалось эффективно его монтаж должны производитель специалисты. При этом на территории, где оно устанавливается должна быть безопасная окружающая среда с отсутствием тряски и вибраций.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: